[发明专利]大吨位FLNG船载压缩机模型的海洋环境适应性试验装置

说明书

本发明公开了一种在陆地上能够模拟海洋环境条件的FLNG船载压缩机模型的气动性能和结构性能试验装置，尤其是可以精确控制大吨位压缩机模型大幅度低频横/纵摇和小幅度高频振动的耦合运动试验装置，主要包括：承载实验船载模型压缩机、船载模型电动机的运行实验平台、监控单元和运动控制系统，所述的实验平台由所述运动控制系统控制的多个电动驱动器组件驱动，模拟船舶运行过程中海洋环境，进而模拟船用条件下船载压缩机大幅度低频摇动和小幅度高频震动；结合传统压缩机气动性能试验的相关技术，配合本发明提出的大幅度旋转和平动的连接管接头，可以保证船用条件下船载压缩机气动性能试验的安全性，从而确定设计条件下压缩机的热力性能参数等。

技术领域

本发明涉及一种在陆地上模拟海洋环境条件的FLNG船载压缩机模型的气动性能和结构性能试验装置，特别涉及一种可以精确控制大吨位压缩机模型大幅度低频横/纵摇和小幅度高频振动耦合运动的试验装置。涉及专利分类号G物理G01测量；测试G01M机器或结构部件的静或动平衡的测试；其他类目中不包括的结构部件或设备的测试。

背景技术

在船舶与海洋工程领域，常规海上天然气开发，包括海上的平台建设，铺设海底天然气输送管道，岸上天然气工厂的建设以及建造公路、LNG外输港口等基础建设，投资大、建设的周期长、现金回收迟、风险大。针对以上的不足，浮式液化天然气生产储卸装置(FLNG，又称LNG-FPSO)是在一种用于海上天然气田开发的新型浮式生产装置，此概念的技术开发和装置设计着眼于低投资、快投产和高效益，集液化天然气的生产、存储和卸载于一身，简化了海上气田的开发过程，特别适用于边际气田和深海气田的开发。

FLNG技术正处在海洋工程领域的最前沿，由于FLNG装置工作区域的特殊性，对制冷循环中的离心压缩机的研制工作提出了较高的要求。为了打破国外企业的技术上的垄断地位，发展具有自主知识产权的FLNG核心设备，因此需要研究船载压缩机在船用条件下的适应性。

在船舶与海洋工程领域，根据船级社规范船用条件包括高频、小幅度振动和低频、大幅度摇动两类：

依据中国船级社《船上振动控制指南(2012)》，对于一般船舶，螺旋桨激励和柴油机激励是船上主要激励源，其特点为高频、小幅度；

船体受到环境载荷作用会产生六自由度运动响应，从而带动船载设备做复杂运动(三向平动：纵荡、横荡和垂荡，以及三向转动：纵摇、横摇和首摇)，其特点为低频、大幅度。

通过分析可以发现高频振动产生的惯性加速度、低频横摇和纵摇产生的重力各向分量和惯性加速度均会对船载压缩机的工作性能有一定的削弱。因此，需要设计能够模拟船用条件(大幅度低频横/纵摇、小幅度高频振动)的试验装置，并且兼顾对船载压缩机传统气动性能和结构性能试验的影响。

与压缩机传统试验技术相比，新型试验装置需要重点解决如下三方面问题：

1.比较液压驱动系统，电动驱动系统具有能量利用率高(85％～90％)、无环境污染、占地面积小、故障率低、维修维护方便、控制精度高等优势。但是，通常的电动驱动系统沿着一个导轨推动负载。此时负载运动产生的侧向力，被外部导向装置承受，缸体本身不受侧向力。但是，当电动驱动系统应用于运动试验台时，由于缸体本身的重力和惯性力作用，不能看作理想的二力杆，需要承受一定的侧向力。当前国外几个著名公司的电动驱动系统承受侧向力的能力都比较弱，承载能力较差。因此，如何将电动驱动系统成功应用于大吨位FLNG 船载压缩机模型的海洋环境适应性试验是需要解决的问题之一。

2.压缩机传统气动性能试验中需要配备许多刚性管道。为了降低运动试验台的承载重量，需要将LNG储气罐和废气存储罐布置在地面，通过刚性管道与试验台上的压缩机连接。这样，当压缩机随着试验台发生大幅度低频横/纵摇的时候，会造成刚性管道破坏。因此，如何成功实现大幅度摇动情况下的气动性能试验是需要解决的问题之一。